《Inorganic Chemistry Communications》：Optimized green synthesis of multifunctional ZnO nanoparticles using
Azima tetracantha: Evaluation of antioxidant, anticancer, Ecotoxicological, and dye degradation activities
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本研究采用 methanolic Azima tetracantha 葉提取物通過響應面法優化合成 ZnO 納米顆粒，探究其抗氧化、抗癌及染料降解性能，并評估生態毒性。摘要
作者名單：Tanguturu Chandraiah、Nirmala Devi Ediga、Renuka Gudepu、Vikram Godishala、Umme Thayyiba Khatoon、Umme Thahira Khatoon、Aditya Velidandi
印度安得拉邦蒂魯帕蒂市Sri Venkateswara工程學院（自治學院）化學系，郵編517507
摘要 本研究利用甲醇提取的Azima tetracantha 葉片提取物，通過響應面方法優化了氧化鋅納米顆粒（ZnO NPs）的綠色合成工藝。在最佳條件下（0.187 M醋酸鋅、1.999%的提取物濃度比、pH 10.83、89.99°C），合成的ZnO NPs呈現出棒狀形態（直徑61.68 nm，多分散指數0.325），具有較高的穩定性（ζ電位為-28.88 mV）。抗氧化實驗（DPPH和ABTS）顯示其具有顯著的抗氧化活性（IC50約為47.89至51.66 μg/mL），與抗壞血酸相當。針對K562、HeLa和A549細胞系的抗癌研究表明，這些納米顆粒具有劑量依賴性的細胞毒性（IC50為44.99至61.52 μg/mL），同時對非癌細胞MCF-10A的選擇性較高（IC50大于100 μg/mL）。生態毒性測試表明，這些納米顆粒對Artemia salina 具有時間依賴性的影響（LC50為88.95 μg/mL，作用時間為24小時）。此外，30 μg的ZnO NPs在7分鐘、9分鐘和10分鐘內分別能高效降解甲基紅、甲基橙和伊紅黃染料，其降解速率常數分別為0.5541、0.3261和0.3261 min^-1。本研究證實了生物合成ZnO NPs在生物醫學和環境應用中的多功能潛力。
引言 隨著綠色化學的發展，納米顆粒（NPs）的合成方法經歷了重大變革[1]。傳統上依賴有毒試劑、高能耗和有害副產物的物理和化學方法已被摒棄[1][2][3]，取而代之的是更加環保和可持續的方法，這些方法利用植物提取物、真菌和細菌作為還原劑和穩定劑[4]。在各種納米材料中，氧化鋅（ZnO）納米顆粒因其獨特的光學、電學和催化性能以及良好的生物相容性和低毒性而受到廣泛關注[5][6][7]。
ZnO納米顆粒的獨特之處在于其內在的多功能性：在紫外光下表現出強烈的催化活性，同時具備出色的生物相容性和生物安全性[8]。這種特性在其他金屬氧化物（如二氧化鈦或氧化銅）中較為罕見[9][10][11]。此外，ZnO納米顆粒具有寬禁帶（約3.37 eV）和高激子結合能（60 meV），這使得它們在室溫下能夠高效發光并發揮催化作用[12][13]。這些特性加上它們有效生成活性氧的能力，使得ZnO納米顆粒能夠在單一綠色合成體系中同時用于生物醫學應用（如抗癌治療）和環境治理（如染料降解）[15]。綠色合成ZnO納米顆粒不僅符合可持續發展的原則，還能通過添加植物化學物質進一步提升其生物活性[16]，從而擴展其在生物醫學和環境領域的應用[17][18][19][20]。本研究選擇傳統上用于藥用的Azima tetracantha 作為生物合成源，因為該植物含有豐富的生物活性次生代謝物，如生物堿、黃酮類和皂苷[21][22]。這些成分既能作為還原劑將鋅離子還原為零價狀態，又能作為包覆劑提高納米顆粒的膠體穩定性并防止聚集[23][24]。這種植物提取物的使用代表了一種新穎且尚未充分探索的納米顆粒合成方法，有望實現環保的一步法工藝[22]。此外，該植物的藥理特性可能進一步增強合成ZnO納米顆粒的生物功能[21][26][27]。因此，使用甲醇提取的A. tetracantha 葉片提取物（Met. ATLE）在開發具有雙重用途的納米顆粒方面具有戰略優勢。
然而，納米顆粒的生物合成過程本身較為復雜，因為它們的最終物理化學性質（如大小、形狀、結晶度和表面電荷）受到眾多相互依賴的過程參數的影響[28][29]。關鍵變量包括前體濃度、提取物體積、反應pH值、溫度和孵育時間，這些因素共同決定了納米顆粒的形成、生長和穩定過程[30][31]。為了高效地應對這些多變因素并獲得具有最佳和可重復性質的納米顆粒，系統的優化策略至關重要。在此背景下，響應面方法（RSM）結合中心復合設計（CCD）成為一種強大的統計工具[32][33]。該方法能夠對過程變量之間的復雜相互作用進行建模和分析，從而以最少的實驗次數確定最佳合成條件。
綠色合成的ZnO納米顆粒的多功能性使其成為廣泛應用的有希望的候選材料[8]。它們的抗氧化能力有助于清除自由基，對于緩解氧化應激相關疾病具有重要意義[34]。同時，它們對癌細胞的選擇性毒性以及對非癌細胞的低毒性凸顯了其在抗癌治療中的潛力[35]。除了生物醫學領域，ZnO納米顆粒的強催化活性還可用于降解工業廢水中的持久性有機污染物，從而解決關鍵的環境問題[36][37]。綜合考慮這些多種功能（抗氧化、抗癌和染料降解）以及生態毒性評估，可以全面了解其適用性和安全性。
根據現有文獻，尚未有關于使用A. tetracantha 葉片合成ZnO納米顆粒及其生物和染料降解特性的研究。因此，本研究旨在建立使用Met. ATLE進行ZnO納米顆粒一步綠色合成的綜合框架。研究目標包括：（i）利用RSM-CCD系統優化合成參數；（ii）詳細表征納米顆粒；（iii）進行體外抗氧化和抗癌活性評估；（iv）初步進行生態毒性測試以評估其環境安全性；（v）研究納米顆粒在硼氫化鈉（SBH，一種還原劑）存在下的染料降解效率。通過這項多方面的研究，本文旨在展示綠色合成與精確優化相結合的成功案例，從而合成出在生物醫學和環境治理領域具有廣泛應用潛力的ZnO納米顆粒。
實驗設計與數據 所有試劑和0.22 μm聚偏二氟乙烯注射器過濾器均購自HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.（印度），純度高于99%。實驗使用蒸餾水（pH值介于6.6至7.4之間）。根據需要，通過加入1 M NaOH或1 N HCl調節溶液的pH值。儲備溶液及后續稀釋液均使用蒸餾水配制。
植物采集
2025年9月在印度特倫甘納邦海得拉巴收集了A. tetracantha 的葉片。
實驗設計與響應數據 從CCD獲得的實驗數據匯總在表S1中。這些數據為構建二次響應面模型提供了基礎。設計點間的變化反映了過程參數對納米顆粒形成和性質的影響，后續通過響應面分析和統計分析進一步驗證了這些影響。
2D和3D響應面圖的分析
圖1. 展示了醋酸鋅濃度聯合效應的交互圖
結論 本研究成功利用傳統上未被用于ZnO納米顆粒合成的Azima tetracantha 植物，實現了ZnO納米顆粒的一步綠色合成。響應面方法的集成使得合成參數得到精確優化，最終獲得了具有理想物理化學性質的納米顆粒：棒狀形態、納米級尺寸、高結晶度和良好的膠體穩定性。這些植物化學物質包覆的納米顆粒表現出接近抗壞血酸的顯著抗氧化活性。
作者貢獻聲明 Tanguturu Chandraiah： 負責撰寫初稿、方法設計、數據整理和概念構建。Nirmala Devi Ediga： 負責數據可視化、實驗分析和結果整理。Renuka Gudepu： 負責數據可視化、實驗分析和結果整理。Vikram Godishala： 負責數據可視化、實驗分析和結果整理。Umme Thayyiba Khatoon： 負責結果整理、文本修訂和初稿撰寫。Umme Thahira Khatoon： 負責文本修訂和初稿撰寫。Aditya Velidandi： 負責文本審閱。
參與同意書
不適用。
出版同意書
不適用。
倫理批準
不適用。
關于寫作過程中使用生成式AI和AI輔助技術的聲明
在撰寫本文期間，作者使用了Grammarly工具來提高文章的可讀性和句子結構。使用該工具/服務后，作者對內容進行了必要的審閱和編輯，并對出版物的內容承擔全部責任。
資助信息
不適用。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
無。
Tanguturu Chandraiah 是蒂魯帕蒂Sri Venkateswara工程學院的化學教授，擁有化學博士學位。他的研究方向包括熱力學、環境化學和土壤科學，已在同行評審期刊上發表多篇論文，主要貢獻在于理解化學混合物中的分子相互作用以及分析環境樣品中的有毒污染物。
